Способ катодной защиты внутренней поверхности трубопроводов от коррозии

 

Изобретение относится к защите от коррозии и может быть использовано при катодной защите внутренней поверхности трубопровода. Цель изобретения - повышение эффективности и увеличение зоны защиты трубопровода, перекачивающего электропроводную жидкость, от коррозии.В трубопроводе с определенным шагом размещают малорастворимые аноды, соединенные с протяженным токопроводом. Вокруг каждого анода формируют канал с одним или двумя открытыми концами с диэлектрической стенкой, сообщающийся по концам с окружающей средой, причем аноды смещают относительно мест сообщения канала со средой. Величина этого смещения может быть постоянной или уменьшаться по мере удаления анодов от точки подвода защитного тока. Канал может быть сформирован в диэлектрической массе, служащей для изоляции места соединения анода с токопроводом или выполнен в виде полости трубки из вентильного металла, например титана, соединенной с анодом и токопроводом. Способ позволяет повысить равномерность стекания защитного тока с анодов по длине трубопровода, позволяет устранить перезащиту или недозащиту отдельных участков трубопровода. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л С 23 F t3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4737634/02 (22) 13.09.89 (46) 23,02.92. Бюл. N. 7 (71) Татарский государственный научно-исследовательский и проектный институт (72) Ф.И.Даутов (53) 620.197.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N.1267823, .кл, .С 23 F 13/00, 1985.

Патент США ¹ 3527656, кл. С 23 F 13/00, 1970, (54) СПОСОБ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУ6ОПРОВО-.

40В ОТ КОРРОЗИИ (57) Изобретение относится к защите от коррозии и может быть использовано при катодной защите внутренней поверхности трубопровода. Цель изобретения — повышение эффективности и увеличение зоны защиты трубопровода, перекачивающего электропроводную жидкость, от коррозии.

Изобретение относится к защите металлов от коррозии, конкретнее к способам катодной защиты от коррозии, и найдет применение во многих отраслях народного хозяйства.

Известен способ катодной защиты трубопроводов, включающий размещение в трубопроводе анода в виде протяженного прутка. на который по спирали намотан изолированный провод, соединенный с прутком, Недостатком этого способа является низкая эффективность защиты из-за высакой неравномерности распределения защитного тока по длине трубопровода и незначительной протяженности эоны защиты.

„„5Q ÄÄ 1713978 А1

В трубопроводе с определенным шагом размещают малорастворимые аноды, соединенные с протяженным токопроводом.

Вокруг каждого анода формируют канал с одним или двумя открытыми концами с диэлектрической стенкой, сообщающийся по концам с окружающей средой, причем аноды смещают относительно мест сообщения канала со средой. Величина этого смещения может быть постоянной или уменьшаться па мере удаления анодов от точки подвода защитного тока. Канал может быть сформирован в диэлектрической массе, служащей для изоляции места соединения анода с токопроводом или выполнен в виде полости трубки из вентильного металла, например титана, соединенной с анодом и токопроводом. Способ позволяет повысить равномерность стекания защитного тока с анодов по длине трубопровода, позволяет устранить перезащиту или недозащиту отдельных участков трубопровода. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Известен также способ катодной защиты от коррозии внутренней поверхности трубопроводов, включающий размещение в нем протяженного анода и электрически соединенного с ним токопровода, заключенных в общую прерывистую изоляционную оболочку, с ненасенным на токапровод слоем капиллярно-пористого материала, на котором размещен анод, причем открытые участки прерывистой изоляционной оболочки смещают относительно оси электрода.

Способ обеспечивает значительно более равномерное распределение защитного тока по длине трубопровода, однако из-за непрерывности анода он требует относительно большого расхода дефицитных металлов (титана, тантала или ниобия для

1713978 основы анода, платины или двуокиси рутения в качестве анодностойкого покрытия анода).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ катодной защиты трубопроводов, включающий размещение в нем изолированного токопровода с многопроволочной жилой и анодов в виде кнопки с острым выступом и головкой, причем острый выступ пронизывает изоляцию жилы и контактирует с ней.

Недостатком этого способа является то, что аноды непосредственно контактируют с коррозионной средой в трубопроводе, поэтому переходное сопротивление такого анодного устройства низкое, что вызывает снижение равномерности распределения защитного тока и зоны защиты от одной точки подвода тока по длине трубопровода.

Равномерность распределения плотности защитного тока по длине трубопровода и длина эоны защиты полностью определяются коэффициентом утечки анодного устройства, представляющим собой квадратный корень из отношения продольного сопротивления анодного устройства к переходному сопротивлению между анодным устройством и трубой (через электролит в трубе), Чем больше коэффициент утечки, тем более неравномерна утечка защитного тока вдоль устройства (в месте подвода тока к устройству плотность тока утечки максимальна, а с удалением от этой точки непрерывно снижается), Неравномерность утечки тока заставляет более часто устраивать по длине трубопровода точки подвода защитного тока, т.е, снижает зону защиты, При этом, кроме того, увеличивается расход электроэнергии и снижается срок службы анодов (из-за повышенного износа анодов, прилегающих к точкам подвода тока).

Цель изобретения — повышение эффективности и увеличение зоны защиты.

Повышение эффективности защиты обусловлено, очевидно, повышением равномерности распределения защитного тока вдоль трубопровода, что вызывает устранение зон перезащиты (вблизи точек подвода тока) и недозащиты (вдали от этих точек), /

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему размещение в трубопроводе малорастворимых анодов, соединенных с протяженным ToKollpoBoдом, вокруг каждого анода образуют канал с диэлектрической стенкой, сообщающийся с окружающей средой, причем аноды смещают относительно мест сообщения канала со средой, Канал образуют в диэлектрической массе, служащей для изоляции места соединения анода с токопроводом.

Канал выполняют в виде трубки из вен5 тильного металла, например титана, и электрически соединяют, с анодом и то ко проводом.

Величину смещения анодов относительно места сообщения канала со средой

10 уменьшают по мере удаления анодов от точки подвода защитного тока.

При размещении анодов в каналах с диэлектрической стенкой, сообщенных с окружающей средой, появляется возможность

15 регулировать, изменяя длину этих каналов в промежутке между анодами и местами сообщения каналов со средой, переходные сопротивления между анодами и средой, из которых складывается переходное сопро20 тивление единицы длины всего анодного устройства, которое равно

R = Rof=

Р = а /а", (1)

25 где Й вЂ” переходное сопротивление одного анода;

1 — шаг размещения анодов по длине трубопровода; а и а" — смещения анодов от мест сооб30 щения каналов со средой по одну и другую сторону от анодов (если канал сообщается со средой только по одну сторону от анода, то а"= Оо, Р=О); р- удельное сопротивление электролиЗ5 та в канале;

S — площадь поперечного сечения каналов;

Kr — коэффициент газоблокировки каналов выделяющимся при работе анода газом.

Как видно из формулы (1), увеличивая длину канала а, можно увеличить, причем в значительных пределах, переходное сопротивление анодного устройства, что повышает равномерность распределения защитного тока и увеличивает зону защиты от одной точки подвода тока. В этом случае требуемая длина каналов определяется задаваемым коэффициентом неравномерности распределения тока в соответствии с

50 формулой а —

4р((макс

I !

55 (2) где г — продольное сопротивление 1 м токопровода;

L — расстояние между точками подвода защитного тока к устройству по его длине;

1713978

15 (3) ак ! а!г. (4) 40

iMaKc, !май — токи утечки с анодов, расположенных соответственно вблизи и на наибольшем удалении от точки подвода тока.

Более того, если длину каналов сделать переменную по длине устройства, а именно по мере удаления от точки подвода тока уменьшать длину, то можно добиться полностью равномерного стекания защитного тока по длине устройства. Такое состояние определяется из соотношения ! а ал +

+ ггКг

n-I n+1 — i гр ( где I — порядковый номер анода, начиная от точки подвода защитного тока до середины между точками подвода тока; п — половина количества анодов между двумя точками подвода тока.

Однако выполнение длин всех каналов разными при большом количестве анодов, т.е, при малом шаге их размещения по длине токопровода, трудоемко. Поэтому в таких случаях целесообразно величину смещения уменьшать не непрерывно, а дискретно, т.е. в трубопроводе размещают секционное анодное устройство, состоящее из нескольких последовательно соединенных секций, в которых длины каналов постоянны, а от секции к секции меняются, а именно с удалением секций от.точки подвода тока длина каналов уменьшается в соответствии с формулой

+ (m — К)(в+1 — К) где Кг

2р где К вЂ” порядковый номер секции, начиная от точки подвода тока до середины между точками подвода тока;

m — половина количества секций между двумя точками подвода тока;

t — количество анодов в секциях.

Наряду с неравномерностью распределения токов утечки с анодов по длине устройства, определяемой отношением продольного и переходного сопротивлений последнего и количественно задаваемой коэффициентом а, имеет место также неравномерность распределения плотности защиты тока на поверхности трубопровода в интервале между двумя анодами, которая определяется отношением продольного сопротивления перекачиваемой агрессивной среды к переходному сопротивлению между поверхностью трубы и перекачиваемой средой и задается количественно коэффициентом у. Если шаг размещения анодов по длине токопровода 3 выполнить не более, 20

35 чем получается по расчетной формуле (5), фактический коэффициент неравномерности распределения: плотности защитного тока в интервале между анодами будет не больше заданного значения )!, т.е. е= ad R (г+/„-q ):

)! = )макс/ -мин (5) где d — внутренний диаметр трубопровода;

Я вЂ” переходное сопротивление между трубопроводом и перекачиваемой средой; р — удельное сопротивление перекачиваемой среды;

)макс и! мин — плотности защитного тока на поверхности трубопровода соответственно вблизи и на.наибольшем удалении от анодов.

На фиг. 1 изображен канал в диэлектрической массе, служащей для изоляции места соединения анода с токопроводом; на фиг.

2 и 3 — то же в виде трубки из вентильного металла; на фиг. 4 — общая схема катодной защиты трубопровода.

Способ осуществляют следующим образом.

В защищаемом трубопроводе (фиг.1) размещают протяженный токопровод — кабель 1 с медной жилой 2, к которой присоединены аноды 3 из титановой проволоки, . покрытой платиной (или двуокисью рутения или иридия). Вокруг рабочей части каждого анода 3 образуют канал 4 в виде сквозного отверстия 5 в диэлектрической массе из эпоксидного компаунда, служащей одновременно для изоляции места соединения анода.3 с жилой 2 кабеля 1. Анод. размещают в канале на расстояниях а и а"от его открытых концов. Шаг размещения анодов 3 по длине токопровода 1 составляете и определяется расчетом.

В другом исполнении .трубопровода (фиг.1) вокруг анода 8 канал образуют в виде полости 9 трубки 7 из вентильного металла (например, титана, тантала; ниобия), стенки которой при анодном нагружении током покрываются диэлектрической окисной пленкой, поэтому такая трубка ведет себя как диэлектрическая, хотя пропускает ток в продольном направлении. На расстоянии а от анода 8 выполняют отверстие 10 для сообщения полости 9 с окружающей средой.

Анод 8 выполнен в виде покрытия из платины (или двуокиси рутения), нанесенного на трубку 7, по обеим концам соединенную с токопроводом 6, который может быть изготовлен также из вентильного металла (в этом случае упрощается конструкция, так как отпадает необходимость изоляции мест соединения трубки 7 с токопроводом).

1713978

В другой разновидности этого варианта (фиг.З) вокруг анодов 3 образуют непрерывный канал 12 в виде полости протяженной трубки 11 из титана. Нерабочий конец анода

3 приварен к трубке 11. Последняя может иметь электрические соединения с определенным шагом с токопроводом (не показан).

Анодные узлы 14 (фиг.4), состоящие из малорастворимых анодов, размещенных в каналах с диэлектрическими стенками со смещением относительно мест сообщения со средой, соединенных с шагом 1с токопроводом 13, размещают в защищаемом трубопроводе 15, транспортирующем агрессивную электропроводную среду 16. К .токопроводу 13 в точках 17, отстоящих одна от. другой на расстоянии L, подводят защитный ток от станции 18 катодной защиты.

Создание каналов вокруг анодов приводит к повышению переходного сопротивле.ния анодов и снижению коэффициента утечки анодного устройства. Это повышает равномерность распределения тока по длине трубопровода..

Использование вентильного металла (например, титана) для. изготовления патрубка в качестве канала, в котором размещен анод, и токопровода существенно упрощает и повышает надежность устройства, так как, сохраняя объемную электропроводйость, такие металлы на воздухе и при подводе анодного тока в электролитах бысtpo покрываются диэлектрической пленкой, служащей идеальной изоляцией.

Повышение равномерности стекания защитного тока с анодов по длине трубопровода позволяет устранить перезащиту и недозащиту отдельных участков трубопровода, что повышает эффективность защиты его от коррозии. При этом. появляется еще . возможность значительно увеличить длину зоны защиты от одной точки подвода тока, что обеспечивает резкое снижение капитальных затрат на защиту. При одном и том же заданном коэффициенте неравномерности распределения токов утечки с анодов длина защиты по предлагаемому способу больше длины зоны за иты по известному способу в М= д ф,а /{ 1 + р ) S Kr раз, где do — диаметр одного анода (в виде кнопки) в известном устройстве, остальные обозначения соответствуют приведенным (расстояния между анодами в обоих устройствах приняты одинаковыми). При б = 0,003 м, а =004м, Р=1, $=3,1410 м, Кг=03, 5 И =14. Это означает, что в 14 раз меньше потребуется установок катодной защиты по сравнению с изве тным способом. В случае неизолированных труб диаметром d " 0,3 м, перекачивающих агрессивную сточную воду

10 с удельным сопротивлением р= 0,15 Ом м, при шаге размещения анодов по длине токопровода Ф = 2 м, продольном сопротивлении токопровода r = 0,001 Ом/м. сечении каналов, в которых размещены аноды, S =

15 =3,14 10 м, P = 1 (аноды размещены в каналах симметрично относительно мест сообщения их со средой, т.е. посередине каналов) и заданном коэффициенте неравномерности распределения токов

20 утечки с анодов а= 1,5 длина защитной зоны по формуле (2) равна

1.=23l(а+7 >+g )

= 2660м.

Формула изобретения

1. Способ катодной защиты внутренней поверхности трубопроводов от коррозии. включающий размещение в трубопроводе

30 малорастворимых анодов, соединенных с протяженным токопроводом, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности и увеличения зоны защиты, вокруг каждого анода формируют канал с

35 диэлектрической стенкой, сообщающейся с окружающей средой, причем аноды монтируют со смещением относительно мест сообщения канала со средой.

2. Способ по п.1, о т л-и ч а ю шийся

40 тем, что канал .формируют в диэлектрической массе, служащей для изоляции места соединения анода с токопроводом.

3. Способпопп.1и2,отличающий45 с я тем, что величину смещения анодов относительно места сообщения канала со средой уменьшают по мере удаления анодов от точки подвода защитного тока.

4. Способ по п,1, о тл ич а ю шийся

50 тем, что канал формируют из титана, 1713978

Составитель Л. Груднева

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор О. Кравцова

Редактор Н. Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 663 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР t13035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5